土壤电导率及土壤溶液电导率与土壤水分之间关系-孙玉龙

土壤电导率及土壤溶液电导率与土壤水分之间关系孙玉龙郝振纯陈启慧刘凌(河海大学水资源开发利用国家专业实验室南京210098)摘要沙性土壤非饱和灌溉实验表明,土壤抽提液电导率和离子强度之间符合线性关系,且土壤溶液电导率和溶液总浓度之间也有很好的线性关系;土壤体电导率和溶液电导率的比值(>1)与含水量成线性关系.在非饱和情况下用时间域反射仪测得水分和电导率数据,再利用此关系可进行溶质的输运研究.关键词电导率;土壤物理化学;土壤含水量中图号S153研究植物对营养物质的吸收或毒性物质(如Al)对植物生长毒害时都要考虑物质的活度效应[1]活度通常用浓度和活度系数的乘积来表示,而活度系数可用Debye-Huckel或Davies方程来计算,两式计算活度系数时都要用到离子强度I作为单一变量,I=1/2∑CiZ2i.这里Ci和Zi分别表示组份的浓度和价态.土壤溶液含有多种离子,离子强度的求得需测定大量离子的浓度,不仅费时费事,且当土壤含水量较小时甚至是不可能的.于是人们试图从电导率(EC)这一单参数来确定离子强度.最早得出离子强度和电导率之间关系的是Ponnamperu-ma[2],I=0.013EC,后来GriffinandJurinak[3]对美国犹他州大量不同土壤的饱和萃取物及河水测定其中的电导率和离子强度,得到关系I=0.013EC(R2=0.996),有的文献称作为Grif-fin-Jurinak关系.GillmanandBell[4]在澳州北昆士兰风化土壤区得到关系I=0.012EC-0.004(R2=0.993),Alva[5]在美国西南易风化土壤中得到I=0.015EC-0.0006,(R2=0.994;当EC在1～15ms/cm范围内)和I=0.012EC-0.0002(R2=0.853;当EC<1ms/cm以内时).I的单位mmo1/1.近年来对土壤改良和植物对营养物质吸收的研究及某些元素(如A1)的毒性研究使得离子强度的快速测定变得重要起来.此外,研究土壤入渗和物质迁移常用电导率值来确定土壤中溶质的浓度,即土壤溶液中溶质的浓度与电导率成线性关系.而在含水量一定的条件下,土壤的体电导和土壤的溶液电导存在线性关系[6],因此可直接用土壤的体电导率来确定溶质的含量及迁移.但在含水量变化较大的情况下,土壤体电导率与含水量密切相关,直接用土壤的体电导来指示溶质的含量就很困难.将TDR测定的土壤含水量与土壤体导电率结合起来,通过体电导和溶液电导之间的关系来确定物质的迁移具有很大的意义.在国外,TDR用于含水量测定有10多年的历史[7],用于测定溶质的输运则是近几年的事.如Elricketal.1992[8]和Kachanoski,1992[9]将TDR用于田间第25卷第6期1997年11月河海大学学报JOURNALOFHOHAIUNIVERSITYVol.25No.6Nov.1997收稿日期:1996-11-04作者简介:孙玉龙男工程师主要从事水环境及土壤环境研究已发表《“慢周期波形视频显示技术”分析仪器》等论文物质迁移的研究;Vanclooster,1993[10],1995[11],Mallants,1994[12]将其用之于对原状土和回填土柱的实验研究.但所有这些研究都是在含水量一定的前提下进行的.TDR测定具有快速、原位、无扰动的特点.TDR水分与溶质用同一探头测定,而水分与溶质的运动又是相互关联的,因而特别适于现场田间实验.在国内,对TDR土壤水分测试的引进与应用都处于起步阶段[13],对溶质的测定尚未见报道.以往在上述两种目的的研究中,一方面认为土壤水溶液的电导率与溶质浓度∑C成线性关系,另一方面认为与离子强度(∑CZ2)成线性关系,究竟两者谁更确切,至今少有人进行比较.本文的目的是通过实验研究非饱和沙壤土在施肥及灌溉条件下,土壤抽提液的电导率和溶液总离子浓度间关系的有效性;研究在不同含水量条件下土壤抽提液的电导率和含水量,土壤体电导率之间的关系,为在不同含水量下用TDR测得的电导值确定溶质迁移提供依据.1土壤电导率和含水量的关系Rhoades认为[6],包含电解质的土壤的体电导可用以下三种通道的并联来表示:土壤粒子和孔隙水交替通道(固液串联通道);土壤粒子固体表面直接相联的通道(固体连续通道);土壤溶液通道(液体连续通道).土壤体电导率ECa可以根据电阻串并联定理来求得.ECa=ECs′+TθwECwc(1)式中ECs′——土壤固相粒子表观电导率;ECw——土壤水的电导率;T=(θw-θws)/θw为土壤的水分的迁移系数,可简单地认为土壤中流动水占总水分的份数;θw——土壤总含水量;θws——固液串联通道的含水量;ECs′约等于土壤固体的实际电导率ECs.Rhoades的实验表明,固体电导率ECs的值与粘粒含量线性相关,